机器人技术与空间机构实验指导书

机器人技术与空间机构实验指导书航空宇航制造工程系一、机器人与空间机构样品展示（一）实验目的1通过参观和讲解，使学生了解空间应用机器人及其相关空间机构的特点和设计原则；2通过参观和讲解，使学生系统地掌握几种常用机器人和一些空间机构的特点、组成和工作原理。（二）实验设备1）八轮扭杆双摇杆摇臂悬架星球探测车移动系统（如图11所示）。其机构原理如图12。其工作原理如下图11八轮扭杆双摇杆摇臂月球车移动系统该探测车移动系统由车轮、转向架、悬架和车体组成，两侧悬架间引入了差动装置11，及同侧悬架摇臂间设置了扭杆弹簧9。当遇到障碍时，可通过扭杆弹簧9的转动，并借助差动装置11来调整重力在各驱动轮上的分配，以提高车体的稳定性和越障能力。前驱动轮1和后驱动轮4可相对前差动摇杆6与后差动摇杆作绕其回转轴的回转运动，并通过转向电机实现驱动轮垂直其回转轴的转向运动。该移动系统的八个车轮均独立驱动，前后四个驱动轮独立转向，可实现前进、后退和转向等多种运动功能。差动装置11的两个伸出轴分别与位于差动装置两侧的两个单侧独立悬架机构相连接，这样，可保证两侧悬架的车轮在车体移动过程中能完全着地，还可保证车体的平稳性，即车体的俯仰角为两侧独立悬架俯仰角的平均值。43211054321689115678910111,2,3,4车轮；5自由关节；6摇杆；7转向装置8扭杆压臂；9扭杆；10摇臂；11差速机构图12八轮扭杆双摇杆摇臂月球车悬架机构原理图2）混合适应悬架六轮星球探测车移动系统（如图13所示）。图14为该移动系统的机构原理图。图13混合适应悬架六轮星球探测车移动系统ABBCCOW1OW3OW5P1P32AOW2OW4OW6P54123546154789101311216V1,2前轮3前轴支架前车体4前侧倾杆5前俯仰杆6中轴支架主车体7,8中轮9后俯仰杆10后侧倾杆11后轴支架后车体12,13右后轮14,15,16差动平衡机构连杆图14六轮月球车移动系统机构原理图该移动系统由三节串联组成，每节具有一对独立驱动的圆柱圆锥轮和一个搭载平台。整个悬架共有11个关节，相邻两节间连接悬架均为具有俯仰、侧向扭转和前后摆动三个自由度的空间串联铰接结构，而前、后节与中间节之间通过俯仰关节A、A、P1P5等运动副及构件，又链接成一个二自由度闭链差动平衡机构（另有2个局部自由度），保持中间支撑平台与前、后节悬架俯仰角的均衡姿态。俯仰关节A、A处设计有可自锁的电机驱动与传动系统和离合器，侧倾关节B、B处设计有离合器。当各关节处离合器处于释放状态时，三节间能够随地形产生自适应的俯仰和扭转运动，保证月球车在移动时，六个车轮均能着地，均化各轮载荷，并保持足够的牵引力；当关节处离合器处于接合状态时，三节可以锁成为一体，使月球车能够直接跨越一定宽度的壕沟。此外，俯仰关节A、A也可以通过离合器在电机驱动下实现主动俯仰运动，增强移动系统爬越垂直或凸伸障碍的能力；前、后节摆动关节C、C处也设计有带制动器的驱动电机，能够根据需要通过驱动摆动关节与各节车轮的依次滚动配合，使移动系统以轮步蠕动方式爬行，因而该移动系统具有混合适应地形的特性。三、实验内容与要求1、清楚两种探测车移动系统的结构和关节布置特点，了解两种探测车移动系统的工作原理。2、了解两种探测车移动系统与一般移动机器人移动机构的不同点。3、了解两种探测车移动系统的转向特点。四、实验报告的要求1、实验报告要用学校统一印制的实验报告用纸按规定的格式撰写。2、实验报告应包括以下内容（1）实验目的；（2）实验设备名称及机构简图；（3）请简要归纳两种移动系统的特点；（4）两种移动系统的转向有何不同；（5）对实验的体会与建议。二、机器人与空间机构的控制与测试过程演示（一）实验目的1通过参观和讲解，使学生系统地掌握几种常用机器人的结构特点，了解相关理论和技术在机器人及相关空间机构中的实际应用。2通过演示和讲解，使学生了解常用机器人及一些空间机构的控制方法和特点。（二）实验设备及工具1）多机器人系统教学实验台（如图21所示）。该实验台由四自由度直角坐标机器人、三自由度气动搬运机器人（全部为SMC气缸驱动）、六自由度并联机器人、二自由度气电混合机器人（转动范围90）、二自由度气电混合机器人（转动范围180）、二自由度真空吸附式直线搬运机器人、六自由度串联机器人、真空吸附式单臂上料机器人及保证机器人能够协调顺畅工作的附属设备、计算机控制系统等组成。系统组成及布局如图22所示。图21多机器人系统教学实验台图22实验台系统组成及布局本实验台系统的工作原理四自由直角坐标机器人模拟工业现场，将工件从立体仓库中取出，放到皮带运输机上。六自由度并联机器人及三自由度气动搬运机器人系统单元主要作用是检测材料性质并应用六自由度并联机器人对工件进行加工。待加工工件由皮带运输机运送到本单元时，通过皮带运输机上的材料检测传感器对工件进行材料检测，判断工件是金属或是非金属。信号由控制系统传递给六自由度并联机器人，六自由度并联机器人对工件采取相应的加工方式。当工件检测完成后运输至加工端，由三自由度气动搬运机器人抓取皮带运输机上的工件，送到六自由度并联机器人加工处，由气动夹紧装置夹紧工件，然后系统发出命令，对工件进行加工，加工完成后有三自由度气动搬运机器人将工件抓取到皮带运输机上。二自由度气电混合机器人系统单元的工作是把上单元加工完成的工件由二自由度气电混合机器人（转动范围90）放置到孔深检测传感器处，进行工件孔深检验。检验完成后，合格工件放在皮带运输机上继续向下传输，由二自由度气电混合机器人（转动范围180）传送至下一个工作单元，不合格工件由有杆气缸推到废料滑道，然后进入废品区。二自由度真空吸附式直线搬运机器人系统单元把上单元运输过来的工件搬运到喷涂输送机上，经过本单元喷涂输送机上颜色识别传感器进行颜色识别，然后由控制系统发出信号，根据识别的颜色使相对应的喷枪工作，对工件进行喷涂。六自由度串联机器人系统单元利用六自由度串联机器人根据上一工作单元传来的工件颜色信号来抓取放在旋转料库内的相应颜色的轴类工件，然后装配到由上一单元运输过来的工件上，装配完成后，由皮带运输机上的条码扫描器进行条码扫描。真空吸附式单臂上料机器人系统单元主要是把上一工作单元装配完成的工件根据条码识别与称重反馈信息，传给控制系统，由控制系统发出命令，控制四自由度码垛机把工件送回到成品库，完成本单元的工作。2实验工具白纸、铅笔、橡皮、直尺等三、实验内容与要求1、了解系统中各单元机器人的功能，观察和了解各单元机器人的结构和关节布置特点；2、观察各单元机器人的运动状态，了解各单元机器人的控制方式。3、观察和了解物料在各单元间的